Si no te mueves no te ve.

Yo solo soy un aficionado a la fotografía, así que a los que saben más que yo de fotografía no les pregunto si les gustan mis fotos, sino que podría haber mejorado en ellas. Cuando revelé esta foto le pregunté al dueño del local y me comentó que debí estar muy quieto para poder acercarme tanto sin que el anuro me detectase.

La gente sabe que hay animales como el sapo de esta foto que son ciegos a lo estático, por lo que solo puede observar aquello que se mueve frente a ellos, lo cual está muy bien para cazar, pues es más facil detectar aquello que se mueve si no hay nada más que te distraiga, y no reparas en las moscas quietas que puedan estar muertas, solo en las que aletean bien vivas.


La explicación a este fenómeno visual reside en que los receptores sensoriales visuales sufren de una adaptación sensorial, como ocurre con tantos otros sentidos, porque por lo general es poco útil que el cerebro esté procesando continuamente una información que no nos reporta nada nuevo.

Por ejemplo, los alumnos cuando vuelven de dar educación física pueden estar en un aula con las ventanas cerradas y ni se dan cuenta que la clase huele a humanidad reconcentrada, porque ellos estaban allí mientras se expandía ese aroma y su olfato se ha acostumbrado a ello, pero cuando los profesores abren la puerta para entrar en el aula reciben una bofetada de olor humano que tira para atrás. No obstante, si no se puede ventilar el aula, pese a los primeros minutos de angustia, el olfato del profesor se termina acostumbrando y deja de olerlo.

Otro ejemplo es el típico caso de la persona que busca sus gafas y las tiene todo el rato sobre la cabeza. Cuando las puso allí notó la presión de las patillas sobre su cuero cabelludo, pero al poco dejo de sentirlas, y eso le llevó a olvidarlas allí arriba.

Pues lo mismo pasa con los receptores visuales, que cuando se acostumbra a un estimulo dejan de hacer registro del mismo. Así, nuestro amigo de la foto solo ve aquello que se mueve ante sus ojos, que es lo que estimula sus receptores visuales, lógicamente, si él se mueve, en ese momento lo verá todo de nuevo, y si se queda quieto todo empezará a desvanecerse hasta que solo vea aquello que se mueva ante sus ojos.


Y si esto es así, ¿Cómo es que nosotros vemos las cosas que están quietas? ¿Por qué no se adaptan nuestros receptores visuales?

La respuesta es bien sencilla, no dejamos que se adapten al estimulo, nuestros ojos cuentan con una innovación evolutiva, la musculatura de nuestro ojo le da pequeños tirones involuntarios a un lado y a otro, llegando a vibrar 60 veces por segundo, haciendo que el estimulo visual que recibe un receptor cualquiera de nuestra retina cambie constantemente. 

Estos movimientos, conocidos como microsacadas, son tan pequeños que resultan inapreciables a simple vista, así que no trates de observarlos mirándote el ojo en el espejo, pero están ahí, y sin ellos, al mirarte estáticamente el ojo frente al espejo, este empezaría a desvanecerse rápidamente debido a la adaptación neural.

En fin, lo que hace la evolución...

Enzimas, inhibidores, penicilina y viagra.

Me han propuesto que escriba una entrada sobre inhibición enzimática, pero muchos de mis pocos lectores asiduos no están familiarizados con lo que es una enzima, así que empecemos por el principio…

En la célula se llevan a cabo multitud de reacciones químicas, mucho más veloz y eficientemente de lo que podriamos llevarlas a cabo en cualquier laboratorio, y esto es gracias a las enzimas.

Las enzimas son catalizadores que aceleran las reacciones en las que intervienen. No hacen que una reacción que no es viable lo sea, pero pueden llegar a acelerar reacciones viables incluso millones de veces, por lo que aquello que requeriría de días, semanas o meses en un laboratorio, la célula puede hacerlo en cuestión segundos.

Las enzimas actúan básicamente acelerando la transformación de unas moléculas, los sustratos, en otras moléculas diferentes, los productos. Y lo hacen de una forma maravillosamente específica, cada enzima cuenta con uno o varios centros activos donde se van a acoplar los sustratos con los que va a trabajar la enzima.

Este centro activo dota de especificidad a la enzima, haciendo que a veces sean tan especificas que la presencia o ausencia de un único enlace en el sustrato puede ser fundamental para que este pueda acoplarse o no a la enzima, pudiendo llevarse a cabo, o no,  la reacción.

Siendo tan especificas, y existiendo tantos sustratos como existen en nuestras células no es de extrañar por tanto que se conozcan casi 2000 enzimas diferentes.

Emil Fischer, en 1894, planteó que la molécula de sustrato y la de la enzima son geométricamente complementarias como lo es una llave a su cerradura (de ahí la foto que ilustra esta publicación), y como resultado de esta complementariedad estructural se explica la gran especificidad de las enzimas por sus sustratos.

No obstante, el modelo “llave-cerradura” aunque explica muy bien la especificidad por el sustrato, no explica cómo es posible que la enzima acelere la transformación del sustrato, es más, si la complementariedad entre la enzima y el sustrato fuera tan perfecta, el enzima nunca podría favorecer el cambio del sustrato, sino que actuaría estabilizando la estructura que ya tiene.

Por ello, en 1958, Koshland propuso el modelo de “encaje inducido”, planteando que cuando se une el sustrato a la enzima, induce la modificación de la estructura de la enzima, lo que genera el ambiente propicio para que el sustrato, por si solo cambie su estructura tridimensional, pasando a un estado de transición junto al enzima, y de este a un producto final.

Al generarse el producto, este sale de la enzima, y esta recupera su forma original, estando lista para volver a actuar sobre otro sustrato de inmediato.

Con esta minúscula base sobre lo que son las enzimas, pasemos ahora a ver la inhibición enzimática, es decir, aquello que podría bloquear que una enzima, esa maravillosa maquina, deje de funcionar.

Tras todo lo que hemos visto es lógico pensar que cualquier cosa que cambie la estructura de la enzima, y más concretamente de su centro activo, va a impedir que esta pueda llevar a cabo su función. Así, cambios físicos exagerados de temperatura y de pH pueden alterar la estructura de la enzima, y con ello hacer que deje de funcionar.

Además existen sustancias, conocidas como inhibidores enzimáticos, que entorpecen la labor de las enzimas. Podemos distinguir básicamente 2 tipos de inhibidores:

• Los inhibidores irreversibles, son moléculas que interactuando con el enzima, producen un cambio de su forma que la deja incapacitada de forma irreversible. Dentro de estos inhibidores cabe destacar los inhibidores suicidas, los cuales son reconocidos por la enzima como sustratos, y cuando son transformados en producto, se fijan fuertemente al centro activo de la enzima inhabilitándola. 
• Los inhibidores reversibles se unen a la enzima a través de fuerzas débiles, por lo que igual que se unen pueden desprenderse, permitiendo que la enzima continúe con su trabajo. Existen distintos inhibidores reversibles que dan lugar a distintos tipos de inhibiciones:

• Inhibición competitiva. El inhibidor en este caso es una molécula similar al sustrato de la encima, debido a ello es capaz de unirse al centro activo de la enzima. Como sustrato e inhibidor pueden unirse al enzima, se dice que compiten entre ellos. Claro está, la probabilidad de que se una un inhibidor a un enzima será mayor mientras menos sustrato exista y mayor sea la cantidad de inhibidor.
• Inhibición no competitiva. El inhibidor no se une al centro activo de la enzima, por lo que no compite con el sustrato, y su unión se puede darse cuando está la enzima libre o ya unida al sustrato. Lo que hace es evitar los cambios de estructura de la enzima.
• Inhibición acompetitiva o incompetitiva. El inhibidor solo se une al enzima cuando esta ya se encuentra unida al sustrato, y evita que se produzcan los cambios que conducen a que el sustrato se transforme en producto.

De forma natural podemos encontrar estos inhibidores en plantas y animales, utilizados como venenos que utilizan como estrategia defensiva o para cazar presas. Las toxinas del tejo, del ricino, de muchos hongos, inhiben enzimas que llevan a la muerte celular.

Pero también pueden ser aprovechados por el hombre útilmente. Por un lado, algunos inhibidores actúan sobre enzimas no presentes en el ser humano y si en bacterias, hongos, plantas o algunos animales, lo que ha permitido su uso como antibióticos, herbicidas o pesticidas. Por otro lado, los inhibidores que si afectan a enzimas presentes en el ser humano pueden ser usadas como fármacos, permitiendo regular la cantidad de enzimas útiles presentes en una persona que produzca una enzima o producto de la misma en exceso.

Un inhibidor enzimático famoso que actua sobre una enzima no presente en el ser humano es la penicilina. Concretamente, la penicilina inhibe una enzima presente únicamente en bacterias, encargada de la producción de peptidoglucano, uno de los componentes esenciales de la pared celular bacteriana. De esta forma, la penicilina inhibe la formación de la pared celular bacteriana, sin la cual las bacterias estallan al no poder soportar la presión osmótica, o son facilmente fagocitadas por las células de nuestro sistema inmune.

Otro ejemplo de inhibidor enzimático, esta vez que actue sobre enzimas humanas es la Viagra, el famoso farmaco azul utilizado para tratar la disfunción eréctil.

La erección se produce porque señales del sistema nervioso parasimpático causan una liberación de óxido nítrico en el cuerpo cavernoso del pene. Este oxido nítrico activa la producción de GMPc, que es una señal de relajación para el músculo liso, relajación que conduce a una vasodilatación de los vasos sanguíneos presentes en el interior del pene, lo que provoca que los cuerpos cavernosos se llenen de sangre generando la erección.

Para evitar que la erección se prolongue más tiempo del adecuado existe una enzima que degrada el GMPc. No obstante, distintos desequilibrios pueden llevar a que este tiempo se reduzca, para tratar este problema existe la viagra.

Viagra es un compuesto con una estructura molecular muy similar a la del GMPc, por lo que actúa de como inhibidor competitivo de la enzima que debe degradarlo, es decir, distrae a estas enzimas, permitiendo que el GMPc permanezca más tiempo en el pene dando la orden de llenar de sangre los cuerpos cavernosos.

¿Por qué el helio vuelve la voz aguda?

Todo el mundo sabe que al inhalar helio, ese gas que se utiliza en los globos que flotan, la voz se vuelve aguda durante unos segundos. Pero… ¿Por qué?

La voz, como cualquier otro sonido, son ondas que se propagan a través de un fluido y que generan el movimiento vibratorio de un cuerpo. Una de sus cualidades es que es audible, y esto es porque sus frecuencias son percibidas por el oido humano.

Las ondas tienen crestas y valles, y como ya expliqué en la publicación “¿De qué color es o de qué color interpretamos que es?”, las longitudes de onda eran la distancia entre dos crestas consecutivas de una onda.

Hoy nos interesa entender que la frecuencia es el número de veces que es repetida una vibración por unidad de tiempo, por lo que mientras menor sea la longitud de onda, mayor será el número de crestas que se transmitan por unidad de tiempo, y por tanto mayor será la frecuencia, por contra, la frecuencia será menor mientras más largas sean las longitudes de onda.

Los tonos agudos corresponden a las frecuencias altas, los tonos medios con las frecuencias medias, y los tonos graves corresponden a las frecuencias bajas.

Dicho esto se hace obvio que cuando el sonido se transmite a través del helio este debe de alguna forma aumentar la frecuencia de los sonidos con respecto a como lo haría en el aire. Pues sí, la velocidad del sonido varía en función del medio a través del cual viajen las ondas sonoras, como el helio es menos denso que el aire genera menos resistencia a las ondas, permitiendo que estas se desplacen más rápido.

Concretamente la ecuación de la velocidad del sonido en los gases es:

 Pero no tengáis miedo a la formula, que no muerde. Lo único que quiero que veais con ella es que, siendo “v” la velocidad del sonido, y “M” la masa molécular del gas, a menor sea “M” mayor se vuelve “v”, y la “M” del helio es mucho menor que la del aire.

P.D.1: Para los interesados en la formula "γ" es el coeficiente de dilatación adiabática, "R" la constante universal de los gases, y "T" la temperatura medida en grados kelvin. La “M” para el aire es aproximadamente de 29 g/mol, mientras que para el Helio es 4 g/mol

P.D.2: Cabe indicar que la inhalación continua de helio puede llegar a ser peligrosa al desplazar desplaza al oxígeno necesario para la respiración normal. Así que si jugais con el helio de los globos inhaladlo con moderación.

Las plantas no tienen corazón.

Los seres unicelulares toman los alimentos y vierten los productos de desecho al medio ambiente exterior, con el que viven en íntimo contacto. En los pluricelulares acuáticos, a partir de cierta complejidad, el medio externo no alcanza a todas las células del organismo, es por ello, que a partir de ciertas dimensiones los organismos pluricelulares cuentan con cavidades internas llenas de liquido que permitan el intercambio de nutrientes entre el medio y todas sus células. Esto se vuelve totalmente imprescindible en los pluricelulares que viven fuera de un ambiente acuoso.

En pequeños organismos, el medio interno está estancado, y con ello es suficiente para efectuar todos los transportes de sustancias, pero a partir de ciertos tamaños el medio interno debe encontrarse en movimiento para que las sustancias que hay inmersas en él puedan llegar a todas las células.

Para que nuestra sangre lleve los nutrientes a todas las células de nuestro cuerpo necesitamos de un órgano que la bombee, el corazón, pero las plantas no tienen corazón, no tienen ningún órgano que bombee su medio interno, y sin embargo este se mueve.

La explicación exacta requeriría que les explique que es un potencial hídrico, pero me conformaré con tratar de dar una explicación más intuitiva indicando cada uno de los fenómenos que influyen de un modo u otro en este movimiento.

1. La gravedad. 
Es obvio, pero si quiero mencionar los distintos fenómenos que influyen en el ascenso de la savia por el árbol, lo primero que debemos tener en cuenta es que va a existir una fuerza que va a tirar de esa savia hacia abajo, fuerza que la planta vence sin llevar a cabo ningún esfuerzo metabólico.

 2. Presión osmótica.
El primer fenómeno físico que influye positivamente en el ascenso de agua es la presión osmótica. Esta es responsable de la entrada de agua desde el suelo al interior de la raíz, y de los movimientos de agua a nivel celular, es decir entrada y salida de agua de las células.

Si no está familiarizado con la presión osmótica voy a tratar de mostrarle como funciona con algún ejemplo sencillo e intuitivo. ¿Qué ocurre si introduce una pasa en un vaso de agua? La pasa se hincha. La piel de la pasa es una membrana semipermeable, permite que el agua la atraviese, pero impide que salgan todas las sustancias que contiene. El agua tiende a igualar su concentración a ambos lados de la membrana, por lo que pasa del exterior al interior de la pasa, hinchándola hasta que la concentración en ambos lados se iguale.

Ahora pongamos otro ejemplo, un trozo de patata en un vaso con agua y otro en un vaso con agua salada. 24 horas después el tamaño del trozo de patata en agua ha aumentado, en cambio, el trozo que permanecía en agua salada ha decrecido, el agua que había dentro de la patata ha salido para igualar la concentración de agua dentro y fuera de la patata.

3. Succión.
En las hojas se produce evapotranspiración, es decir, parte del agua que llega a la hoja se evapora pasando a la atmosfera. Esto genera una presión negativa, un vacío, que actúa como una fuerza de succión que permite el ascenso del líquido por el xilema (los conductos por los que circula la savia), algo así como cuando succionamos refresco con una pajita.

Este fenómeno, la fuerza de succión que produce la evapotranspiración en las hojas es el principal responsable del movimiento del agua desde las raíces a las hojas. Y como tal, debe ser controlado. Por ello, las hojas cuentan con estomas, unos pequeños orificios localizados en la superficie de las hojas, que la planta puede abrir o cerrar, regulando en cada momento el intercambio gaseoso que se produce entre la atmosfera y la planta. 

4. Cohesión de las moléculas de agua.
Ya expliqué algunos detalles sobre las fuerzas intermoleculares del agua cuando hablé del fenómeno hidrofóbico. Esas fuerzas que unen las moléculas de agua entre sí hacen que podamos entender el fluido como un todo, que asciende formando una columna.

Cuando la succión actúa sobre una serie de moléculas de agua, esta fuerza es aplicada sobre todas las moléculas de agua, ya que se encuentran unidas entre si. De este modo se arrastra toda una columna de moléculas de agua.

Imagine que un escalador llega a la cima y tiene atado a su pareja, y decide tirar de él para subirlo a pulso, pero la pareja está atada a su vez a un hijo, y el hijo está atado a su vez a la hija, y esta a su vez al perro, y este a su vez a la caseta del perro… el escalador desde la cima no tendría que tener fuerza como para subir a pulso a su pareja, sino a todo lo que cuelga de él.

5. Capilaridad.
Pero no se establecen únicamente fuerzas de atracción entre las moléculas de agua, también entre estas y los vasos por los que discurre la savia, de hecho, las fuerzas que unen las moléculas de agua al capilar por el que discurren, son mayores que las fuerzas que unen las moléculas de agua entre sí, de este modo las moléculas de agua tienden a adherirse a la superficie interna del capilar.

Ni siquiera necesita un capilar para apreciar como esta fuerza de atracción permite al agua vencer a la gravedad, puede experimentar el fenómeno en su casa mojando el extremo de una servilleta y verá como el agua asciende por la misma. O si ha donado alguna vez sangre recuerde el tubito finito con el que toman la gota de sangre del dedo para hacer pruebas, solo tocar con ese tubo a la gota y esta entra.

Entienda que cuando una molécula de agua se une al capilar, tira de otras moléculas de agua, arrimándolas al capilar, así es posible que una molécula que se encuentre a su lado pase a colocarse justo encima, generando un ascenso de la columna de agua.

Claro está, la columna de agua no podría ascender indefinidamente a través de este único mecanismo. El agua que asciende debe vencer el propio peso de la columna de agua de la que tira hacia arriba, de modo que solo podrá ascender hasta que la tensión superficial se equilibre con el peso del líquido.

Un aspecto adicional a tener en cuenta es que mientras menor sea el diámetro del capilar por el que asciende el agua, menor será el volumen de agua que contenga y por tanto menor será el peso de la columna de agua, por ello, mientras menor sea el diámetro del conducto, mayor será la altura que pueda alcanzar el líquido que contiene.

Así, si en el tubo usado para tomar las muestras de sangre, que tendrá algún milímetro de diámetro, la gota de sangre entraba y ascendía algo, en los conductos del xilema con unos diámetros del orden de decenas a unas pocas centenas de micrómetros, el líquido puede llegar a ascender cerca de medio metro sin necesidad de aplicar a succión o la presión osmótica para mover el fluido.

Cambiando de armadura.

Imagínese que nada más nacer le pusieran una armadura medieval, adecuada para su tamaño, todo iría perfecto, muy bien protegido, pero a la hora de crecer se encontraría en un gran “aprieto”, lo más lógico sería quitarse la armadura y hacerse con otra un poco más holgada, que ya iría llenando, pero esta no es la estrategia que siguen los crustáceos.

El cuerpo de los crustáceos está cubierto por una cutícula, su armadura. La cutícula es producida por la piel que queda justo debajo, y está formada por varias capas:

• Epicutícula: capa formada por proteínas y lípidos.
• Procutícula
• Exocutícula: capa formada por proteínas, sales de calcio y quitina
• Endocutícula
• Capa principal: capa con mucha quitina y altamente calcificada.
• Capa membranosa con quitina y proteínas

Antes de cambiar la cutícula, proceso conocido como ecdisis, las células de la epidermis aumentan de tamaño y se separan de la endocutícula, seguidamente comienzan a sintetizar una nueva epi y exocutícula sobre su piel, justo en el hueco que queda con la cutícula antigua.

Para deshacerse de la cutícula antigua cuenta con unas enzimas capaces de degradar la endocutícula. Estas enzimas son secretadas sobre la nueva epicutícula, de modo que degradan la endocutícula antigua.

Una vez que la endocutícula antigua se ha degradado, para poder liberarse de su antigua epicutícula y exocutícula, el animal bebe mucho agua para poder aumentar su volumen, así genera una presión interna capaz de destruir el antiguo exoesqueleto.

Una vez fuera, el animal mete el estirón, y se produce la endocutícula.

En resumen, y volviendo al ejemplo de la armadura, los crustáceos cuando tienen que crecer, en vez de deshacerse de su armadura y producirse una nueva, forman una nueva, pero flexible, dentro de su armadura vieja, destruyen desde dentro la armadura vieja, y entonces ya liberados, crecen y endurecen la nueva armadura.

Bibliografía:
Principios integrales de zoología. Hickman, Roberts y Larson, 2001. Zoología, 10ª Edición.